地磁异常变化可能与台湾地震( 兆瓦 = 6 。4 2009年12月19日)

文摘

2009年12月19日,台湾东部的近似45公里的深度被强烈地震()。震中位于花莲约20公里(HLN)站在台湾。通过分析数据从HLN车站和Amami大岛渚(AMA)在日本作为远程引用,地磁东西(D)和垂直(Z)组件在HLN站记录显示没有相关性与AMA站2009年12月。异常的变化~10 - 15元开始大约一个星期前发生的地震和持续了大约两个星期。同样,一个增强的ULF信号在Pc 3 (10-40 s)观察地震爆发前几天。此外,极化率(Z / H(南北组件))的Pc 3振幅HLN站减少地震前几天。这些异常变化背后的机制还没有完全理解。然而,我们认为地壳应力扰动和地下电导率的变化与地震相关的观察等产生地磁变化发挥了重要作用。

1。介绍

地面上的地磁场测量的不是常数,和几个来源可能导致强度的变化。这种差异的来源可分为外部或内部对地球表面的来源。外部变化通常与太阳风和磁层,而内部的变化主要是由于诱导和岩石圈地壳内的剩余磁化强度(1,2]。地壳磁性矿物引起的地磁异常通常应对行星磁场的变化或地壳应力变化的反应。在构造过程中,力学性能的变化的地球岩石圈可以生成地壳地磁变化(3]。一些理论和实验研究了tectonomagnetic效应通过研究岩石磁性压力变化的影响(4- - - - - -6]。

地磁异常变化观察到地面测量与地震是普遍接受,和许多研究报道前兆现象(几元的)与一些地震(见[7- - - - - -12),和其他很多)。一般来说,前兆异常的振幅可以与地震的大小(即相关。可以观察到,大前兆异常与大地震)[13]。此外,前兆异常往往接近震中的发生时间和发生的地震14]。

即将到来的地震何时何地发生是一个重要的问题需要回答。直到现在,没有可靠的回答给出了这样一个问题。由于地震的破坏性影响,有一个极大的兴趣在科学界预测地震的位置和发生时间。最近,地磁异常与构造应力的变化被认为是作为一个工具在台湾地震预测研究;主要在集集地震袭击台湾的中心岛1999年9月21日。清晰的地磁波动观察集集地震(前一个多月7]。

本研究的目的是检查地磁异常和地震活动的关系。因此,我们分析了地磁数据记录在HLN火车站为了发现地磁异常变化与地震2009年12月19日。观察当地的地磁场变化HLN站在2009年给予我们一些证据表明,观察到的地磁异常与上述地震事件。

2。台湾地震构造背景和2009年12月19日

台湾位于地震活跃区域边界之间的西方欧亚板块和菲律宾海板块向东如图1。菲律宾海洋板块被迫在欧亚板块在台湾东北部,在欧亚板块之下菲律宾海洋板块在南台湾。在俯冲带,产生的褶皱和冲断带压缩提升台湾的表面岛(15,16]。一般,从地质的角度来看,台湾是一个非常年轻的土地质量和发展岛。台湾的独特位置之间的联合点欧亚和菲律宾海板块带来一些地质构造在台湾如褶皱、断层和令人振奋的运动。因此,台湾经历频繁的地震。大多数的台湾的地震检测由于收敛菲律宾海板块与欧亚板块之间尤其是在岛的东部(17,18]。

强烈地震(,23.763°N, 121.689°E)周六打台湾,2009年12月19日13:02 UTC。震中位于台湾东部的岛屿(花莲附近)45公里的近似深度;参见图1。这次地震发生的菲律宾海洋板块和欧亚板块碰撞(美国地质调查局)。

3所示。仪器和数据采集

磁数据采集系统,玛格达项目(π:教授k . Yumoto),最近被认为是世界上最大的磁力计的数组。该项目有效地开始2005年5月,首次安装的玛格达磁强计在花莲,台湾[19,20.]。安装在台湾只是起点之后,50岁以上的玛格达实时磁力计安装了世界各地。

磁力仪安装在HLN站叫玛格达磁强计。玛格达磁强计是一种环形铁芯式磁通门磁强计,甚至可以测量小振幅地磁波动。它有三个传感器在三个正交方向和措施地磁场的三个分量(南北组件(H),东西方组件(D)和垂直分量(Z))。三个观测范围±2000元,±1000元,可以选择和±300元来高,中间,分别和低纬度电台。玛格达的分辨率数据是0.061元/ LSB(最低有效位),0.031元/ LSB,和0.0091元/ LSB±2000元,±l, 000元,分别和±300 nT范围(19]。玛格达磁强计的噪音水平是0.02元。采样频率是16赫兹,但仪器使车载16赫兹的秒的算术平均值的计算数据。后天地磁数据从海外站点转移到空间环境研究中心(SERC),日本近实时。同样,相同的数据存储在一个紧凑的原位闪存卡。

4所示。数据分析、结果和讨论

4.1。短期异常波动的地磁组件

一分钟平均数据的H-component HLN站在台湾(地理坐标,23.9°N和121.55°E)比较Dst和Kp索引数据从世界数据中心(WDC)地磁学,《京都议定书》,2009年12月,如图2。HLN车站H-component显示异常减少模式开始大约一个星期前发生的地震。比较表明,观察到的地磁脉动在H-component HLN站(有界的矩形图2外部源)是不相关的,因为Dst和Kp指数并没有发现任何异常的外部变化或活动。

识别任何异常与地震相关的地磁场的变化,变化来自外部源的太阳风、磁气圈等应该被删除。一个简单的技术来获得这个目标是计算差异的地磁数据记录在震中附近的一个火车站和其他远程参考站,位于震中地区(外21,22]。HLN站距震中约20公里的地震2009年12月19日。所以,我们比较了地磁数据从HLN站与那些获得Amami大岛渚(AMA)站(地理坐标,28.17°N和129.33°E)在日本作为一个远程的参考站距震中(约900公里);参见图1。自从HLN的地磁场强度和AMA电台是不一样的,我们添加了(+或-)某些值到地磁组件(H, D, Z)记录在美国站为了情节两套地磁数据(即在一个阴谋。,我们只是改变了AMA的基线数据)。数据3和4显示记录地磁数据之间的比较在HLN(上面的红色曲线)和AMA(较低的蓝色曲线)站在2009年9月至12月,分别。图3显示正常的地磁场变化HLN和AMA站;没有观察到的异常波动,除了观察一些基线H-component出现了变化。这些异常变化H-component明显是由于外部源从Dst指数显示数据。另一方面,清晰异常波动中观察到H - D -,和z分量记录HLN站2009年12月,如图4。这些地磁异常波动开始大约一个星期前发生的地震和持续了大约两个星期。

此外,地磁组件之间的差异记录HLN和AMA站(HLN-AMA)从2009年8月至12月计算如图5。夜间数据(1100 - 2100年在HLN UT(当地时间≈UT + 8))被用来避免地磁日变化和其他白天地磁变化。图5显示差异波动明显地震前一周,持续了大约两个星期。这些地磁的振幅波动约10 - 15元。因此,我们认为观察到的异常波动在2009年12月HLN站有一个内部(地壳)源相关的地震于2009年12月19日。此外,相同的异常变化在H - D - z分量,发生在2009年12月也在2009年八月初的观察,但较小的大小。我们发现两个地震发生在2 2009年8月和11级4.5和4.3,分别如图5。这些地震的地震震中位于HLN约40公里。因为这些地震震级相对较小,因此观察到的地磁异常有关这些地震是小于地震发生在与2009年12月19日。

每个地磁分量之间的相关性在HLN和AMA电台策划了平均每小时的夜间数据值在2009年9月至12月,如图6。相关系数()值成为较小的2009年12月与2009年9月;参见图6。2009年9月,HLN和AMA电台之间的正相关性被发现在H - d个分量z分量呈负相关。2009年12月,H-component HLN和AMA电台之间的关联图还显示积极的线性相关,但D -, z分量相关情节HLN和AMA站之间没有相关性。我们发现地磁数据记录在2009年12月HLN站显示反常行为相比,记录在2009年9月。的小时值D -和z分量记录HLN站在2009年12月的夜晚更加分散比记录在2009年9月。此外,动态范围变化的H - D -和z分量HLN站2009年12月成为大相比,2009年9月也比变化范围在AMA车站的地磁组件。标准差(Std)值H - D -和z分量记录HLN和AMA电视台在2009年9月几乎是相同的。相比之下,性病的值在HLN站成为更大的2009年12月。

4.2。短期异常ULF信号

超低频(ULF)排放最近被认为是地震的前兆之一。ULF观测进行了早期在加州研究异常电磁信号与洛马普列塔地震1989年10月18日。观察到的异常ULF活动被认为是洛马普列塔地震前前兆信号(23,24]。

最近,许多研究已经报道的发生异常电磁信号在不同频率范围与地震活动相关([12,22,25- - - - - -28),和其他很多)。此外,台湾的ULF信号观察(距震中130公里的集集地震)被认为是集集地震的前兆特征(29日]。

在这项研究中,我们提出的一些观察和初步结果地磁脉动(10-40 s)可能与地震活动有关,发生在2009年12月19日在台湾。发现一些ULF签名的2009年12月19日地震、电磁活动HLN站检查。自然排放(ULF信号)从地震的震源辐射由于一些构造过程在准备阶段。此外,ULF振幅的增强可能发生的一些变化的电导率岩石圈(更多细节,请参阅[22])。为了检查可能发生的任何异常ULF信号前附近的地震活动时间间隔HLN站,我们应用带通滤波器的时间范围(10-40 s)地磁数据记录在HLN站。图7展示了六小时平均的Pc值3 H -振幅(10-40 s), D -和z分量HLN站在2009年8月和2010年1月之间。之间的关系变化在Pc 3振幅和地震的发生是清楚的。Pc 3中有一个增强振幅地震爆发前几天。

为进一步了解ULF排放之间的关系和地震的发生,我们计算和绘制极化率(Z / H)电脑3脉动[22,30.]。我们发现该地区地震的发生是与极化率的变化。有一个良好的关系在2009年12月地震的发生时间,极化率Z / H,那里有一个减少极化率(Z / H) HLN站开始前几天的12月19日地震(较低的面板图7)。

5。讨论

观察到大多数的地磁变化与构造活动是在数到10元的,虽然大地磁变化之前曾被观察到。在中国,朱31日]表示大约20元的地磁场总强度的变化观察1975年海城地震前约15个月(M7.3)。日元等。7]表示大约200元的变化在台湾集集地震之前。最近,摩尔多瓦et al。32]报道约40元变化观察到远离震中约70公里的地震与温和的大小()。地磁数据的分析和比较HLN和AMA电台显示异常的存在地磁变化(10 - 15元)HLN站2009年12月。这些变化可能与地震在2009年12月19日如图4和5。

以前,不同的机制是定意解释观察到的地磁异常变化与地震有关。一般来说,磁化率的变化,导电率、剩余和诱发磁化岩石的压磁效应(4,6,33]或变化与地震相关的地下导率和电流沿着断层平面(34,35)可能会导致这样的地磁变化与地震活动的联系。

观察到的异常波动的产生机制在2009年12月并不完全理解。Freund [36]解释地磁场的变化发生在台湾集集地震前的结果与地震有关的地下电流沿断层面。另一方面,日圆et al。7]解释这种异常变化的积累和释放的压力与集集地震有关。我们预计地震准备期间(2009年12月19日),压力积累导致电导率的岩石圈结构的增强以及附近的地磁矢量旋转HLN站。因此,我们观察到地磁波动(10 - 15元)可以解释为地震磁力变化由于地壳应力扰动(应力积累和释放的过程)与2009年12月19日地震有关。

关于ULF信号,提出了一系列机制来解释ULF前兆信号的生成。第一个可能机制是所谓的压磁效应,在二次磁场诱导由于岩石磁化强度的变化对压力的反应差异(33]。第二个可能性是微裂缝过程由于放松的指控的墙壁裂缝开口(37]。第三机制动电的效应是由于水扩散通过强调岩石或地下水的流动在断裂带[38]。最后,默茨和克伦佩雷尔35)提出,ULF信号的生成与洛马普列塔地震可以与高导电层的形成沿断层带。此外,太极等。39]提出的振幅ULF活动可以通过使用下面的近似方程: 在哪里近似波振幅观察到在地上,是波的大小事件,是当地时间依赖性,是放大系数取决于地下电导率结构。在我们的例子中,2009年12月19日地震前的应力积累可以驱动地下流体和导致地下电导率的提高。在这种情况下,(HLN站附近)会有很高的价值,因此ULF信号的振幅也会有很高的价值。因此,增强在Pc 3 (10-40 s)振幅在2009年12月(见图7),可以与2009年12月19日的地震。

6。摘要和结论

在目前的研究中,我们处理地磁异常与地震事件,发生在2009年12月19日在台湾。我们分析了地磁数据获得HLN车站大约6个月2009年8月和2010年1月之间。AMA站的数据,日本,被用作远程引用。HLN站的地磁数据(震中附近的)比在美国站(远离震中约900公里)。我们试图找出是否有签名的地磁场在2009年12月地震。

地磁数据之间的比较在HLN站和AMA站显示短期基线波动的存在地磁组件(民)HLN站了大约一个星期前发生的地震和持续了大约两个星期。D - H的相关性,z分量(每小时值在夜间)HLN和AMA电台显示积极,积极和消极的线性关系,分别在2009年9月,。另一方面,D -和z - HLN和AMA站显示分散non-correlations去年12月,2009年。此外,相关系数的值变成了更小的12月,2009,与去年9月相比,2009。这些地磁异常波动振幅~ 10 - 15元。关于异常ULF信号,有增强在Pc 3振幅(10-40 s)在地震发生的前几天。也有一个良好的地震的发生之间的相关性和极化率(Z / H)的Pc 3(10-40年代)。

短期(天)的顺序磁基线波动和异常ULF信号在震中附近的一个车站可能是有用的在未来的地震警告。

确认

第一作者非常感谢埃及政府,中国高等教育授予他博士学位研究九州大学奖学金,日本。此外,作者要感谢玛格达的玛格达集团的不懈支持项目。玛格达项目(PI: k . Yumoto)被日本财政支持促进社会科学(jsp)作为海外科学调查的补助金(18253005)。此外,作者感谢世界数据中心地磁学,京都大学提供的Dst和Kp指标数据。

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